Требования к системе автоматического управления гэу

Ледоколы характеризуются длительными и энергоемкими маневренными режимами; причем длительность работы с переменными нагрузками на винтах (работа во льдах) может достигать 80% общей продолжительности навигации, а работа в особо тяжелых ледовых условиях - до 50 % продолжительности навигации. При этом моменты сопротивления на гребном валу меняются в очень широком диапазоне (рис.7.1): от характеристики хода в свободной воде (1) до швартовой (2) и ледовой (3).

Изменение нагрузки на винте приводило бы к соответствующему изменению мощности источника энергии - реактора. Вместе с тем известно, что частые и значительные изменения мощности реактора, которые сопровождаются тепловой нестабильностью элементов активной зоны, отрицательно сказываются на надежности его работы. Поэтому на ледоколах «Таймыр» и «Вайгач» используется способ раздельного управления мощностью реактора и ГЭУ, когда мощность реактора завышается, исходя из максимальной потребности на гребных винтах в данных ледовых условиях. При снижении нагрузки создается избыток пара, сбрасываемый в конденсатор. Это резко снижает коэффициент полезного использования ЯЭУ. Поэтому первым требованием к системе автоматического регулирования ГЭУ является требование поддержания постоянства мощности ГЭД при изменяющихся условиях плавания (линия АВС для 20-го положения поста управления на рис.7.1).

При работе ледокола в ледовых условиях гребные винты находятся в постоянном взаимодействии со льдом, отбрасывая или разрушая его. Момент сопротивления при этом резко увеличивается, а частота вращения понижается с возможной полной остановкой - заклиниванием винта. Во избежание поломок лопастей винтов необходимо исключить заклинивание их. Это можно обеспечить, если на гребном винте будет развиваться вращающий момент, достаточный для преодоления момента сопротивления от усилий при фрезеровании льда лопастями винта и сопротивления вращению винта в воде. Второе требование к системе автоматического регулирования состоит в создании повышенного вращающегося момента на гребном валу, который обеспечивает работу без заклинивания (линия ДЕ на рис.7.1).

Третьим требованием к системе автоматического регулирования является ограничение частоты вращения при резком уменьшении момента сопротивления, что возможно при потере лопастей винта (линия CF). Кроме того, при ходе в свободной воде и номинальной мощности ГЭД (точка С) ледокол развивал бы чрезмерную скорость, поэтому в систему автоматического регулирования введено более жесткое ограничение частоты вращения на уровне ~ 162 об/мин (штриховая линия).

В динамических режимах работы (пуск, останов, реверс ГЭД, переход с одного уровня мощности на другой и т.д.) система автоматического регулирования не должна допускать перегрузку генераторов и турбин, а также их неравномерную нагрузку (по отношению к турбинам и вспомогательным дизель-генераторам требование равномерного распределения нагрузки системой автоматического регулирования не выполняется).

Кроме того, система автоматического регулирования при управлении ГЭУ должна учитывать количество работающих источников и потребителей энергии, техническое состояние элементов установки, их исправность и т.д.

На промежуточных положениях поста управления, на долевых режимах мощности вид механических характеристик ГЭД должен сохраняться таким же, как и для номинальной мощности. На рис.7.1 показаны механические характеристики ГЭД для 20-го, 15-го и 10-го положений ПУ.

Принцип построения системы автоматического регулирования

гребного электродвигателя.

САР гребного электродвигателя, упрощенная функциональная схема которой показана на рис.7.2, построена по принципу подчиненного регулирования переменных. В системе образованы два замкнутых контура регулирования: внутренний многомерный контур регулирования токов и внешний одномерный контур регулирования мощности. Регулирующая часть содержит каскадно включенные регулятор мощности АСР, многомерный формирователь заданий АСV и многомерный регулятор токов АСI. В схему включена также компенсирующая обратная связь по ЭДС вращения двигателя АСЕ, которая обеспечивает объекту регулирования требуемые свойства.

В силовой части обозначено:

• М - синхронный ГЭД,

• UF - непосредственный преобразователь частоты (циклоконвертор),

• UZ - тиристорный возбудитель ГЭД,

• Т - входной развязывающий трансформатор.

В регулирующей части обозначено:

• АСН - пост управления,

• UPH1, UPH2 - преобразователи координат,

• UP - датчик мощности,

• UA1 - UA3 - датчики токов статора,

• UAE - датчик тока возбуждения,

• BG - датчик положения ротора ГЭД,

• СИФУ - система импульсно-фазового управления.